2014 Fiscal Year Research-status Report
新型インフルエンザ感染経路特定のためのシミュレーション技術の構築
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25420120
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| Research Institution | Kyoto Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山川 勝史 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 准教授 (90346114)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | インフルエンザウイルス / 流体力学 / 数値流体力学 / ウイルス / 感染 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ウイルス学に基づいた種々のパラメータを取り入れた数値流体力学を用いて，インフルエンザウイルスの感染経路の特定を目指している．H25年度までに主に室内環境を対象として，基礎的な計算手法の構築を完成させた．この時点でこれまで一般的とされていた”エア流れ＝ウイルスの動き”という考え方は完全に否定されたことになる．
H26年度では，ウイルスの振る舞いをより高い精度で取らえる為の施策を実施した．具体的には，人の呼吸による流れそのものへの影響，くしゃみ・咳によるウイルスの拡散の実装である．特にこれらは局所的に大きな流れの変化を与えるものであり，感染メカニズムを解明する上で重要なポイントとなった．また気管内流れについても検討を行った．鼻口から気管支端までのCT画像データを用いてモデルを作成し，ウイルス計算を実施した．左右の鼻孔と流れ込む肺位置との関係や，気道内でのウイルス旋回等新たな知見をえることが出来た．またこれらの計算に係わる高速化技術，並列計算技術，非定常計算による膨大なデータの取り扱い方法についても検討を行った．
H27年度には室内と体内の各々の計算について，実用レベルまで精度を向上させると共に，両者の計算を統合させることより，”感染”という視点からよりロバストなシミュレーションを行う．また現段階では電車内（京浜東北線）や教室内（小学校）におけるシミュレーションを実施しており，ウイルスの振る舞いについてはある程度把握できている．今後，具体的措置が提案できるレベルまでの発展を目指す．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
室内気流中のウイルスの挙動計算および，気道内におけるウイルスの付着位置特定について，H26年度は各々の計算技術さらなる深化および高精度化を行った．まず室内シミュレーションについては，①計算の非定常化を実施し，個々人間の逐次的な呼吸の影響を取り入れた．②咳による室内気流への影響計算および，１回の咳で排出される約10万個のウイルス全ての軌跡を計算した．③教室内をターゲットとし，室全体のマクロな流れと呼吸によるミクロな流れを同時に計算した．効率化の為，はめ込み格子や並列計算など計算技術の構築も同時に行った．次に気管内流れについては，肺モデルの完成を当初の予定に挙げていたが，肺の動きによる影響より，ウイルスの付着位置特定の方が重要と判断したため，予定を変更した．結果①高精度な計算モデルを完成，②気道内のウイルス伝播シミュレーションの実施にまで至った．またウイルスの付着条件については，医学的な情報が必要なため，引き続き調査を継続している．以上より，室内流について計画以上の進捗があり，気道内流れについては概ね達成したと言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
ここまでに概ね計画通りに進んでおり，予定通り最終年度は室内流と気道内流の統合を行い，ウイルス感染シミュレーションのプロトタイプの実装を目指す．室内流については，ある程度の目処がついたが，時間の許す限り人（大学院生）を投入し，さらなる高精度化を進める．具体的には，室内流についても非構造格子化を実施し，より効率的な格子点配置を目指すと共に、気道内流での計算（非構造格子計算）との統合を見据えての実施である．気道内流については，まず付着状況の検討を行い，付着条件を確定させる．また，室内流との接続部である口鼻付近の詳細な計算を予定している．例えばマスクの有無による気流への影響等である．最終的には実用的な流れ場へ適用し，本システムの有用性についての提案を実施していきたい．
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| Causes of Carryover |
PCクラスタ（複数のPCを接続したもの）の購入時期を遅らせるべきと判断したから．（当初予定していたH26年度の一括購入を、H26・H27年度へ分割購入した方がより高性能なクラスタを得ることができると判断したから．研究の進捗についてはさほど影響は無い．）
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
購入時期のみの変更であり，その他については計画通り遂行する．
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